Anwendungen

Die Lösungen von pd2m eignen sich besonders für sehr dynamische und belastungsintensive Anwendungen. Idealtypische Anwendungsfelder liegen beispielsweise in der Schallemissionsanalyse (Acoustic Emission Analysis) über weite Frequenzspektren oder der direkten Aufnahme hochdynamischer, zerstörerischer Kavitationsimplosionen an Bauteilwänden.

Die hauchdünnen Piezo Sensorfolien erlauben durch geringe Massen eine besonders breitbandige Signalaufnahme. Der rein polymerbasierte Aufbau ist frei in seiner Formgebung und bietet eine herausragend robuste Mechanik. Die Folien können aufgeklebt und im Sinne eines Verbrauchsmittels auch zerstörerischen Belastungen ausgesetzt werden.

pd2m bietet Maschinenherstellern Komplettlösungen um auf ihren Produkten Condition Monitoring und Structural Health Monitoring Funktionen zu entwickeln und diese in Serie zu integrieren.

White Paper Condition Monitoring - pd2m toolbox for smart products

High bandwidth applications

Condition Monitoring

Condition Monitoring ist der Prozess der kontinuierlichen sensorischen Überwachung von Maschinen hinsichtlich ihrer Performance, Abnutzung und Lebenserwartung. Es ist der Schlüssel für zustandsbasierte bzw. vorausschauende Wartungsstrategien. Absehbare Probleme können noch im Entstehen behoben werden – bevor es zu größeren Schäden oder Ausfällen und deren oft kostenintensiven Folgen kommt. Dieser Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass Produktionsstörungen in den seltensten Fällen ad hoc passieren, sondern sich peu a peu anbahnen und daher auch frühzeitig erkannt werden können. Je früher und exakter Zustandsänderungen an Bauteilen identifiziert werden, desto mehr Spielraum öffnet sich für die effiziente Nutzung und Wartung von Maschinen und Anlagen.

Die AE-Analyse erkennt bereits feinste Schädigungs- und Verschleissprozesse über die von ihnen ausgehenden Schallimpulse die sich über den Maschinenkörper ausbreiten. Dabei können beginnende Versagensmechanismen von mikroskopischem Ausmaß detektiert werden, noch bevor diese sich zu atypischen Maschinenschwingungen oder Vibrationen ausgeartet haben. Das integrale Messverfahren liefert damit einen tiefgehenden Einblick in den Gesundheitszustand von Arbeitsmitteln und die Performance ablaufender Produktions- und Verarbeitungsprozesse. Ein proaktiver Umgang mit diesen Erkenntnissen erhöht die Prozesssicherheit, verhindert teure Ausfälle und führt damit zu nachhaltigen betriebswirtschaftlichen Vorteilen.


Detektion transienter, stochastischer Schallimpulse aus mikroskopischen Schädigungsmechanismen
Online Signalanalyse zur Fehlerbewertung bzw. -klassifikation
Vorausschauender Blick auf Schadensausbreitung und Folgeschäden - noch bevor sich atypische Schwingungsmuster ausbilden
Ortungsverfahren zur Lokalisation von Schäden
Tiefendiagnose des Maschinenzustands und Hilfestellung bei Ursachenanalyse
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Hydraulische Maschinen und Komponenten
Ein wesentlicher Baustein zur Umsetzung smarter Condition Monitoring Funktionalitäten in hydraulischen Produkten ist das Verständnis der vorliegenden Ursache-Wirkungs-Mechanismen. Hierzu liefert die Folienmesstechnik von pd2m erstmals das Mittel zur Auflösung der dynamischen Druckverteilungen auf den Oberflächen strömungsführender Bauteile. So können akustische Emissionen direkt mit den zu Grunde liegenden Strömungsvorgängen wie z.B. abrasiven Kavitationsimplosionen an Bauteilwänden in Relation gebracht werden. Auch eröffnet die AE-Analyse tiefgreifende Ansätze der Lagerdiagnostik, bspw. durch Überwachung der Impulsdichteschwankungen bei wassergeschmierten Pumpengleitlagern.
Das Ergebnis sind smarte Produkte mit einem trennscharfen Bewusstsein über die im Betrieb vorliegenden Bauteilbelastungen und strömungstechnischen Wirkungsgrade. Anwendern gibt dies eine erhöhte Auslegungs- und Betriebssicherheit. Vielfach vorherrschende Redundanzen und Überdimensionierung können zu Gunsten reduzierter Lebenszykluskosten und erhöhter Wirkungsgrade abgebaut werden.





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Werkzeugmaschinen
Mikrorissbewegungen, Reibungen, Überrollungen, Anstreifvorgänge u.ä sind frühe Symptome von Abnutzungen zwischen sich bewegenden und berührenden Oberflächen von Baugruppen oder Bauteilen. Die AE-Analyse setzt genau an den vergleichsweise stochastischen und transienten Schallemissionen dieser Vorgänge an - noch bevor konventionelle Schwingungsmessungen zu Indikationen führen.
Einsatzgebiete sind bspw. die Tiefendiagnose von Gleit- und Wälzlagern (z.B. frühzeitige Detektion von Mischreibung), Überwachung von Schleifprozessen über den Erstkontakt hinaus, Überwachung von Präzisionsprozessen wie das Wafersägen oder die Diagnose von Rissentwicklungen oder Grübchenbildung in Getrieben noch vor Störung des Zahneingriffs.


Structural Health Monitoring

Jede Struktur unterliegt in natürlicher Weise einem fortwährenden Alterungsprozess. Im Laufe ihres Lebenszyklus ist sie nicht nur den durch ihre Funktion vorgesehenen Beanspruchungen ausgesetzt. Externe Umwelteinflüsse wie Kälte, Hitze, Feuchtigkeit oder chemische Einflüsse fördern einen stetigen Korrosionsprozess. Auch können unvorhersehbare mechanische Beanspruchungen aus Einschlägen, Überlastzuständen oder Fehlbedienung die Integrität einer Struktur kurzfristig bis hin zum Ausfall beeinträchtigen.

Bauteile können sich aber mitteilen. Mit Hilfe der AE-Analyse kann man Reibungen, wachsenden Rissen, brechenden Fasern, feinster Leckage und vielfältigen anderen Schädigungsmechanismen in "arbeitenden" Bauteilen zuhören. Das Structural Health Monitoring macht es sich zur Aufgabe diese Vorgänge frühzeitig zu erkennen und zu bewerten bevor sie sich in strukturellen Schäden niederschlagen und zu schwerwiegenden Konsequenzen führen.


Online AE-Analyse
Kompakte, nahtlos integrierbare Hardware
Enabler für sicherheitskritische Leichtbauanwendungen in Serie
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Faserverbundstrukturen
Ein charakteristisches Merkmal von Leichtbaumaterialien wie Carbon Compositen ist, dass sie bei stoßartigen Lastfällen sprödes Bruchversagen aufweisen und nicht wie Metalle die Stoßenergie durch plastische Deformation aufnehmen. Kritische Schädigungen der Struktur sind dann ggf. nicht durch optische Prüfung eines Bauteils erkennbar. Auch können sich durch Toleranzabweichungen in der Herstellung oder Ermüdung im Betrieb nicht sichtbare, kritische Schädigungen entwickeln.
Smarte pd2m Sensoren detektieren und bewerten derartige Schädigungen. Dadurch können sicherheitskritische Anwendungen zu serienreifen Bedingungen in der Fläche umgesetzt werden. Latente Ausfallrisiken bzw. aufgetretene Risikoereignisse sind jederzeit bewertbar. Zeitgesteuerte Wartungsintervalle und präventive Bauteilwechsel entfallen zu Gunsten zustandsbasierter Maßnahmen.
Die biegsamen Foliensensoren lassen sich nahtlos an Oberflächen applizieren. Die geringe Masse bzw. Dicke vermeidet dabei Rückwirkungen auf das zu messenden System.


Case Studies, Projekte

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Automotive
Als reifenintegriertes Messsystem unterstützt der S-Tyre Fahrzeug- und Reifenentwickler mit der Messung der Kontaktkräfte am Reifenlatsch im Feldversuch.




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